CN112793679A - 一种可切换为履带结构的全变形车轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可切换为履带结构的全变形车轮装置，包括轮毂结构、履带和伸缩驱动机构，履带绕设于轮毂结构外，轮毂结构包括在轴向依次设置的外轮毂部件、中轮毂部件和内轮毂部件，外轮毂部件和内轮毂部件设有伸缩的尖头支架和圆头支架，尖头支架上设置惰轮，中轮毂部件设置伸缩的中圆头支架，中圆头支架上设置行星轮，由尖头支架和中圆头支架支撑履带形成勒洛三角形，并由伸缩驱动机构驱动行星轮转动带动履带转动或者由圆头支架和中圆头支架支撑履带形成圆形，并由伸缩驱动机构驱动整个轮毂结构和履带同步转动。本发明可在常规圆形车轮或者履带结构中变化，兼顾普通路面和泥泞湿滑等复杂地形的行进。

Description

一种可切换为履带结构的全变形车轮装置

技术领域

本发明涉及一种车轮装置，特别是涉及一种可切换为履带结构的全变形车轮装置。

背景技术

车辆在一些复杂地形行驶时，普通车轮容易陷入困境，因此在主要适用非铺装路面且常行驶于恶劣地形的车辆上，采用履带前进是首要选择方案。履带与地面的接触面积更大，会具备更小的压强、更大的抓合力等利于越野的特点，使车辆在全地形上保持敏捷性。履带在对坑洼、障碍物面前具有比常规轮胎的脱困能力更好的特性，但是在条件较好的铺装路面行驶，则常规车轮能够提供更灵活的转向，并且能满足更高的行驶速度要求。

发明内容

针对上述现有技术的缺陷，本发明提供了一种可切换为履带结构的全变形车轮装置，兼顾车轮在复杂地形的行驶能力以及在普通路面的行驶速度。

本发明技术方案如下：一种可切换为履带结构的全变形车轮装置，包括轮毂结构、履带和伸缩驱动机构，所述履带绕设于所述轮毂结构外，所述轮毂结构包括在轴向依次设置的外轮毂部件、中轮毂部件和内轮毂部件，所述外轮毂部件包括外轮毂、外尖头支架、外圆头支架、外惰轮、外尖头直线电机和外圆头直线电机，所述外尖头支架和外圆头支架分别设有三个并位于所述外轮毂的周向三等分位置，所述外尖头支架通过径向设置的所述外尖头直线电机与所述外轮毂连接，所述外圆头支架通过径向设置的所述外圆头直线电机与所述外轮毂连接，所述外尖头支架上转动连接所述外惰轮，所述中轮毂部件包括中轮毂、中圆头支架、中圆头直线电机和行星轮，所述中圆头支架设有三个并位于所述中轮毂的周向三等分位置，所述中圆头支架通过径向设置的所述中圆头直线电机与所述中轮毂连接，至少一个所述中圆头支架上转动连接所述行星轮，所述内轮毂部件包括内轮毂、内尖头支架、内圆头支架、内惰轮、内尖头直线电机和内圆头直线电机，所述内尖头支架和内圆头支架分别设有三个并位于所述内轮毂的周向三等分位置，所述内尖头支架通过径向设置的所述内尖头直线电机与所述内轮毂连接，所述内圆头支架通过径向设置的所述内圆头直线电机与所述内轮毂连接，所述内尖头支架上转动连接所述内惰轮，所述外惰轮、所述行星轮以及所述内惰轮的轴线与所述外轮毂的轴线平行，所述行星轮与所述履带的内表面啮合，所述外尖头支架和所述内尖头支架的外侧轮廓线为勒洛三角形的一部分，所述外圆头支架、所述中圆头支架和所述内圆头支架的外侧轮廓线为等半径的圆弧，所述外轮毂、所述中轮毂和所述内轮毂同轴固定连接，所述外圆头支架和所述内圆头支架中至少一个的外侧轮廓面上设有与所述履带的内表面啮合的齿槽，所述伸缩驱动机构驱动所述行星轮或者所述内轮毂转动。

进一步地，所述伸缩驱动机构包括油缸、活塞、驱动轴和从动轴，所述活塞设置于所述油缸内，所述驱动轴头端加工有方轴，所述活塞的尾端设有与所述方轴配合的方轴套，所述方轴插入所述方轴套，所述活塞的头端固定连接所述从动轴，所述从动轴依次设有锥面离合摩擦盘和太阳轮，所述内轮毂的端面设有与所述锥面离合摩擦盘配合的锥面摩擦槽，所述太阳轮用于驱动所述行星轮转动。

进一步地，包括传动行星轮，所述传动行星轮和所述行星轮同轴固定连接，所述太阳轮用于与所述传动行星轮啮合。

进一步地，所述外圆头支架、所述中圆头支架和所述内圆头支架的外侧轮廓线轴向投影形成一完整圆形。

进一步地，所述外尖头直线电机和所述外圆头直线电机处于所述外轮毂的相同的三等分位置。

进一步地，所述内尖头直线电机和所述内圆头直线电机处于所述内轮毂的相同的三等分位置。

进一步地，所述外尖头直线电机和所述内尖头直线电机的轮毂结构轴向投影重叠，所述中圆头直线电机的轮毂结构轴向投影位于相邻的所述外尖头直线电机的轮毂结构轴向投影的对称中轴。

进一步地，所述外惰轮、所述内惰轮都与所述履带的内表面啮合。

进一步地，所述外惰轮的轮轴位于所述外尖头直线电机的运动轴线上，所述内惰轮的轮轴位于所述内尖头直线电机的运动轴线上。

本发明所提供的技术方案的优点在于：

通过外轮毂部件、中轮毂部件和内轮毂部件的多个直线电机的动作配合，可以使车轮装置在圆形及勒洛三角形两种结构中变化，在圆形结构时轮毂与履带同时转动，在勒洛三角形结构时轮毂不转而履带转动，使该车轮装置可以适应湿滑泥泞、积雪等极端路面的同时兼顾正常路面行驶，适用于特种车辆。

附图说明

图1为可切换为履带结构的全变形车轮装置的结构示意图。

图2为图1的A-A剖视示意图。

图3为呈圆形车轮时的可切换为履带结构的全变形车轮装置的结构示意图。

图4为图3的B-B剖视示意图。

图5为外轮毂部件结构示意图。

图6为图5的C-C剖视示意图。

图7为图5的D向示意图。

图8为中轮毂部件结构示意图。

图9为图8的E-E剖视示意图。

图10为内轮毂部件结构示意图。

图11为图10的F-F剖视示意图。

图12为伸缩驱动机构结构视图。

图13为履带内表面结构示意图。

图14为圆形与勒洛三角形变化示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

请结合图1至图4所示，本实施例涉及的可切换为履带结构的包括轮毂结构、履带4和伸缩驱动机构，履带4绕设于轮毂结构外，其中轮毂201结构包括在轴向依次设置的外轮毂部件1、中轮毂部件2和内轮毂部件3。

请结合图5至图7所示，外轮毂部件1包含：一个外轮毂101、三个外尖头支架102，三个外圆头支架103、三个外惰轮104、三个外尖头直线电机105和三个外圆头直线电机106。外尖头直线电机105和外圆头直线电机106位于外轮毂101的周向相同的三等分位置并呈径向伸缩设置，也就是说外尖头直线电机105和外圆头直线电机106在轮毂结构的轴向位置重叠。外尖头支架102连接在外尖头直线电机105的运动端，外圆头支架103连接在外圆头直线电机106的运动端。每个外尖头支架102上装有一个外惰轮104，外惰轮104的轴线与外轮毂101的轴线平行可伴随履带4做自由的轴向转动。

每个外尖头直线电机105和外圆头直线电机106都能根据驾驶员的需求，接受ECU发来的射频信号，带动外尖头支架102和外圆头支架103做径向伸缩运动。外尖头直线电机105和外圆头直线电机106根据车轮尺寸，将外尖头支架102和外圆头支架103伸缩到合适位置来满足车轮各种状态的需求。外尖头支架102的外侧轮廓线为满足车轮尺寸的勒洛三角形的一部分，在变形到“履带运动结构”时起到支撑履带4形成勒洛三角形，外圆头支架103的外侧轮廓线应满足1/6个圆形的轮廓曲线，在变形到“车轮转动结构”时起支撑履带4形成圆形。在三个外圆头支架103上都设有与履带4的内表面啮合的齿槽5，当轮子处于“车轮转动结构”时，履带4的内表面的齿401与齿槽5相啮合，阻止履带4与轮毂结构发生相对转动。

请结合图8、图9所示，中轮毂部件2包含：一个中轮毂201，三个中圆头支架202，三个行星轮203和三个中圆头直线电机204。中圆头直线电机204位于中轮毂201的周向三等分位置并呈径向伸缩设置，中圆头直线电机204的轮毂结构轴向投影位于相邻的两个外尖头直线电机105的轮毂结构轴向投影的对称中轴上，也就是说在同一个圆形上中圆头直线电机204和外尖头直线电机105为一隔一处于六等分位置。中圆头支架202连接于中圆头直线电机204的运动端，每个中圆头支架202上装有一个行星轮203，行星轮203的轴线与外轮毂101的轴线平行可伴随履带4做自由的轴向转动。行星轮203与履带4的内表面啮合，行星轮203的背侧同轴刚性连接有一个传动行星轮205，传动行星轮205用于接受伸缩驱动机构的驱动而转动，从而使行星轮203转动带动履带4转动。

中圆头直线电机204根据车轮尺寸，将中圆头支架202缩放到合适位置来满足车轮各种状态的需求。圆头支架的外侧轮廓线应满足1/6个圆形的轮廓曲线，在变形到“车轮转动结构”时起支撑履带4形成圆形，同时在变形到“履带运动结构”时，对勒洛三角形的两个顶角之间的履带4起到支撑作用。

请结合图10、图11所示，内轮毂部件3包含：一个内轮毂301、三个内尖头支架302，三个内圆头支架303、三个内惰轮304、三个内尖头直线电机305和三个内圆头直线电机306。内尖头直线电机305和内圆头直线电机306位于内轮毂301的周向相同的三等分位置并呈径向伸缩设置，也就是说内尖头直线电机305和内圆头直线电机306在轮毂结构的轴向位置重叠。内尖头支架302连接在内尖头直线电机305的运动端，内圆头支架303连接在内圆头直线电机306的运动端。每个内尖头支架302上装有一个内惰轮304，内惰轮304的轴线与内轮毂301的轴线平行可伴随履带4做自由的轴向转动。内尖头直线电机305和外尖头直线电机105的轮毂结构轴向投影重叠。

每个内尖头直线电机305和内圆头直线电机306都能根据驾驶员的需求，接受ECU发来的射频信号，带动内尖头支架302和内圆头支架303做径向伸缩运动。内尖头直线电机305和内圆头直线电机306根据车轮尺寸，将内尖头支架302和内圆头支架303伸缩到合适位置来满足车轮各种状态的需求。内尖头支架302的内侧轮廓线为满足车轮尺寸的勒洛三角形的一部分，在变形到“履带运动结构”时起到支撑履带4形成勒洛三角形，内圆头支架303的内侧轮廓线应满足1/6个圆形的轮廓曲线，在变形到“车轮转动结构”时起支撑履带4形成圆形。外圆头支架103、中圆头支架202和内圆头支架303的外侧轮廓线轴向投影形成一完整圆形。在三个内圆头支架303上都设有与履带4的内表面啮合的齿槽5，当轮子处于“车轮转动结构”时，履带4的内表面的齿与齿槽相啮合，阻止履带4与轮毂结构发生相对转动。请结合图13所示，履带4在宽度方向设置多排齿401以分别与外惰轮104、行星轮203及内惰轮304啮合，履带4的外表面为橡胶花纹结构，可增加更大的摩擦力以及提高其韧性。

外轮毂101、中轮毂201与内轮毂301通过轮毂间刚性连接支架6焊接在一起，成为一个刚性整体。请结合图14所示，在“履带运动结构”与“车轮转动结构”时，轮胎的周长是一致的。在“履带运动结构”转变为“车轮转动结构”时，三个外尖头直线电机105与三个内尖头直线电机305做收缩运动，将三个外尖头支架102、三个内尖头支架302安放到合适位置；三个外圆头直线电机106、三个中圆头直线电机204和三个内圆头直线电机306做伸展运动，将三个中圆头支架202安放到合适位置，抵消外尖头支架102和内尖头支架302回缩引起的履带4的收缩量，并与三个外圆头支架103以及三个内圆头支架303一起支撑履带4呈圆形，使该状态的轮胎周长与“履带运动结构”的周长保持一致。此状态下，外圆头支架103和内圆头支架303的齿槽以及行星轮203与履带4的内表面的齿啮合。

在“车轮转动结构”转变为“履带运动结构”时，三个外圆头直线电机106、三个中圆头直线电机204和三个内圆头直线电机306做收缩运动，三个外尖头直线电机105与三个内尖头直线电机305做伸展运动，将履带4向三个方向外撑构成勒洛三角形。此状态下，外惰轮104、行星轮203以及内惰轮304与履带4的内表面的齿啮合。

内轮毂部件3还与伸缩驱动机构连接，具体请结合图12所示，伸缩驱动机构包括油缸7、活塞8、驱动轴9和从动轴10，其中油缸7固定在转向节11上，转向节11与内轮毂301通过轴承连接，油缸7通过液压泵12及输油管路与油箱13连接，活塞8设置在油缸7内，活塞8前侧空间充入氮气形成高压氮气弹簧14，活塞8后侧空间连通液压泵12，通过向活塞8后侧空间泵油或者抽油以驱动活塞8移动。驱动轴9头端加工有方轴15，活塞8的尾端设有与方轴15配合的方轴套16，方轴15插入方轴套16。活塞8的头端固定连接从动轴10，从动轴10上依次设有锥面离合摩擦盘17和太阳轮18。从动轴10穿设在转向节11内，从动轴10从内轮毂301穿出。内轮毂301与从动轴10间具有一层转向节11来增加其垂直载荷能力。内轮毂301的端面设有与锥面离合摩擦盘17配合的锥面摩擦槽301a，锥面离合摩擦盘17和锥面摩擦槽301a通过锥面接触摩擦以防止冲击造成的损坏。太阳轮18用于驱动传动行星轮205转动。

在不同状态下，变形车轮的驱动方式不相同，状态的切换需要在汽车静止状态下进行。“履带运动结构”时，驾驶员按下切换按钮19，信号由ECU传递到液压泵12，液压泵12做泵油动作，将油液从油箱13泵至油缸7，从而带动活塞8克服高压氮气弹簧14的阻力，将锥面离合摩擦盘17推离锥面摩擦槽301a。同时将太阳轮18与传动行星轮205相啮合，传递力矩给行星轮203从而带动履带4实现驱动。“车轮转动结构”时，驾驶员将切换按钮19复位，信号由ECU传递到液压泵12，液压泵12做抽油动作，将油液从油缸7泵至油箱13，从而带动活塞8同时利用高压氮气弹簧14的压强，将锥面离合摩擦盘17推进离锥面摩擦槽301a内。同时解除太阳轮18与传动行星轮205的啮合接触，将力矩直接传递给内轮毂301，从而实现驱动。

Claims (9)

1.一种可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，包括轮毂结构、履带和伸缩驱动机构，所述履带绕设于所述轮毂结构外，所述轮毂结构包括在轴向依次设置的外轮毂部件、中轮毂部件和内轮毂部件，所述外轮毂部件包括外轮毂、外尖头支架、外圆头支架、外惰轮、外尖头直线电机和外圆头直线电机，所述外尖头支架和外圆头支架分别设有三个并位于所述外轮毂的周向三等分位置，所述外尖头支架通过径向设置的所述外尖头直线电机与所述外轮毂连接，所述外圆头支架通过径向设置的所述外圆头直线电机与所述外轮毂连接，所述外尖头支架上转动连接所述外惰轮，所述中轮毂部件包括中轮毂、中圆头支架、中圆头直线电机和行星轮，所述中圆头支架设有三个并位于所述中轮毂的周向三等分位置，所述中圆头支架通过径向设置的所述中圆头直线电机与所述中轮毂连接，至少一个所述中圆头支架上转动连接所述行星轮，所述内轮毂部件包括内轮毂、内尖头支架、内圆头支架、内惰轮、内尖头直线电机和内圆头直线电机，所述内尖头支架和内圆头支架分别设有三个并位于所述内轮毂的周向三等分位置，所述内尖头支架通过径向设置的所述内尖头直线电机与所述内轮毂连接，所述内圆头支架通过径向设置的所述内圆头直线电机与所述内轮毂连接，所述内尖头支架上转动连接所述内惰轮，所述外惰轮、所述行星轮以及所述内惰轮的轴线与所述外轮毂的轴线平行，所述行星轮与所述履带的内表面啮合，所述外尖头支架和所述内尖头支架的外侧轮廓线为勒洛三角形的一部分，所述外圆头支架、所述中圆头支架和所述内圆头支架的外侧轮廓线为等半径的圆弧，所述外轮毂、所述中轮毂和所述内轮毂同轴固定连接，所述外圆头支架和所述内圆头支架中至少一个的外侧轮廓面上设有与所述履带的内表面啮合的齿槽，所述伸缩驱动机构驱动所述行星轮或者所述内轮毂转动。

2.根据权利要求1所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，所述伸缩驱动机构包括油缸、活塞、驱动轴和从动轴，所述活塞设置于所述油缸内，所述驱动轴头端加工有方轴，所述活塞的尾端设有与所述方轴配合的方轴套，所述方轴插入所述方轴套，所述活塞的头端固定连接所述从动轴，所述从动轴依次设有锥面离合摩擦盘和太阳轮，所述内轮毂的端面设有与所述锥面离合摩擦盘配合的锥面摩擦槽，所述太阳轮用于驱动所述行星轮转动。

3.根据权利要求2所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，包括传动行星轮，所述传动行星轮和所述行星轮同轴固定连接，所述太阳轮用于与所述传动行星轮啮合。

4.根据权利要求1所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，所述外圆头支架、所述中圆头支架和所述内圆头支架的外侧轮廓线轴向投影形成一完整圆形。

5.根据权利要求1所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，所述外尖头直线电机和所述外圆头直线电机处于所述外轮毂的相同的三等分位置。

6.根据权利要求1所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，所述内尖头直线电机和所述内圆头直线电机处于所述内轮毂的相同的三等分位置。

7.根据权利要求1所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，所述外尖头直线电机和所述内尖头直线电机的轮毂结构轴向投影重叠，所述中圆头直线电机的轮毂结构轴向投影位于相邻的所述外尖头直线电机的轮毂结构轴向投影的对称中轴。

8.根据权利要求1所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，所述外惰轮、所述内惰轮都与所述履带的内表面啮合。

9.根据权利要求1所述的可切换为履带结构的全变形车轮装置，其特征在于，所述外惰轮的轮轴位于所述外尖头直线电机的运动轴线上，所述内惰轮的轮轴位于所述内尖头直线电机的运动轴线上。

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